โครงสร้าง Gangliosides ฟังก์ชั่นการสังเคราะห์และการใช้งาน

ganglioside พวกเขาเป็น sphingolipids เมมเบรนที่อยู่ในระดับของ glycosphingolipids ที่เป็นกรด พวกเขาเป็น glycolipids ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดและมีส่วนร่วมในการควบคุมคุณสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์จำนวนมากรวมทั้งโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้ พวกเขามีความอุดมสมบูรณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้อเยื่อประสาท.

มีการปรากฏตัวของการตกค้างของน้ำตาลกับกลุ่มคาร์บอกซิล (กรดเซียลิก) และร่วมกับซัลเฟตซึ่งมีกลุ่มซัลเฟต O--ผูกพันกับกลูโคสหรือกาแลคโตสตกค้าง พวกเขาเป็นตัวแทนหนึ่งในสองตระกูลของกรด glycosphingolipids ในยูคาริโอต.

คำว่า ganglioside ประกาศเกียรติคุณในปี 1939 โดยนักชีวเคมีชาวเยอรมัน Ernst Klenk เมื่อมันอ้างถึงส่วนผสมของสารสกัดจากสมองของผู้ป่วยที่เป็นโรค Niemann-Pick อย่างไรก็ตามโครงสร้างแรกของ ganglioside ถูกอธิบายในปี 1963.

พวกเขาแบ่งปันกับ sphingolipids อื่น ๆ โครงกระดูกที่ไม่ชอบน้ำของ ceramide ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของ sphingosine ที่เชื่อมโยงโดยพันธะเอไมด์กับกรดไขมันระหว่างอะตอมของคาร์บอน 16 และ 20 โดยมีพันธะคู่ใน ทรานส์ ระหว่างตำแหน่งคาร์บอน 4 และ 5.

ดัชนี

• 1 โครงสร้าง
  • 1.1 ลักษณะของกลุ่มขั้วโลก
• 2 ฟังก์ชั่น
  • 2.1 ในระบบประสาท
  • 2.2 ในการส่งสัญญาณของเซลล์
  • 2.3 ในโครงสร้าง
• 3 สรุป
  • 3.1 ข้อบังคับ
• 4 การใช้งาน
• 5 อ้างอิง

โครงสร้าง

gangliosides นั้นโดดเด่นด้วยการปรากฏตัวในกลุ่มขั้วหัวของพวกเขาของโซ่ oligosaccharide ที่มีองค์ประกอบมีโมเลกุลของกรดเซียลิกที่เชื่อมโยงกันโดยพันธะ gly-glycosidic กับโครงกระดูก hydrophobic ของ ceramide.

พวกมันเป็นโมเลกุลที่มีความหลากหลายอย่างมากในมุมมองของการรวมกันที่เป็นไปได้หลายอย่างระหว่างโซ่ของโอลิโกแซคคาไรด์, กรดเซียลิกชนิดต่าง ๆ และหางเชิงปลายที่ยึดติดกับโครงกระดูกของเซราไมด์ทั้งสอง.

ในเนื้อเยื่อประสาทโซ่กรดไขมันที่พบมากที่สุดในหมู่ gangliosides จะแสดงโดยกรด palmitic และสเตียริก.

ลักษณะของกลุ่มขั้วโลก

บริเวณหัวของขั้วของ sphingolipids เหล่านี้ทำให้พวกเขามีลักษณะชอบน้ำที่แข็งแกร่ง กลุ่มขั้วโลกนี้มีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับฟอสโฟลิปิดเช่นฟอสฟาติดิลโคลีน.

เหตุผลของความส่องสว่างนี้เกี่ยวข้องกับขนาดของโซ่โอลิโกแซคคาไรด์เช่นเดียวกับปริมาณของโมเลกุลน้ำที่เกี่ยวข้องกับคาร์โบไฮเดรตเหล่านี้.

กรดเซียลิกเป็นอนุพันธ์ของกรด 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic หรือกรด neuraminic กรดเซียลิกมีสามประเภทที่รู้จักกันใน gangliosides:-ยังไม่มีข้อความ-acetyl, 5-ยังไม่มีข้อความ-acetyl-9-O-acetyl และ 5-ยังไม่มีข้อความ-ไกลคอล - อนุพันธ์ซึ่งพบมากที่สุดในมนุษย์ที่มีสุขภาพดี.

โดยทั่วไปแล้วสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (รวมถึงบิชอพ) สามารถสังเคราะห์กรดได้-ยังไม่มีข้อความ-glycolyl-neuraminic แต่มนุษย์ต้องได้รับจากแหล่งอาหาร.

การจำแนกประเภทของไขมันเหล่านี้สามารถขึ้นอยู่กับจำนวนของกรดเซียลิกที่ตกค้าง (จาก 1-5) เช่นเดียวกับตำแหน่งที่เหมือนกันในโมเลกุล glycosphingolipid.

ลำดับ oligosaccharide ที่พบมากที่สุดคือ tetrasaccharide Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ แต่อาจพบสิ่งตกค้างน้อยกว่า.

ฟังก์ชั่น

ความเกี่ยวข้องทางชีวภาพที่แท้จริงของ gangliosides ยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างเต็มที่อย่างไรก็ตามดูเหมือนว่าพวกเขามีส่วนร่วมในการสร้างความแตกต่างของเซลล์และ morphogenesis ในการจับไวรัสและแบคทีเรียบางชนิดและในกระบวนการยึดเกาะของเซลล์ชนิดที่เฉพาะเจาะจง selectins.

ในระบบประสาท

Glycosphingolipids ที่มีกรดเซียลิกมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษในระบบประสาทโดยเฉพาะในเซลล์สสารสีเทาของสมอง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่า glycoconjugates โดยทั่วไปได้รับการยอมรับว่าเป็นยานพาหนะที่มีประสิทธิภาพของข้อมูลและการจัดเก็บสำหรับเซลล์.

พวกมันอยู่ส่วนใหญ่ใน monolayer ด้านนอกของพลาสมาเมมเบรนดังนั้นพวกเขาจึงมีส่วนร่วมที่สำคัญใน glycocalyx ร่วมกับ glycoproteins และ proteoglycans.

glycocalyx หรือ extracellular matrix นี้จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวของเซลล์และการกระตุ้นการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตการเพิ่มจำนวนและการแสดงออกของยีน.

ในการส่งสัญญาณของเซลล์

เช่นเดียวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับ sphingolipids อื่น ๆ ผลพลอยได้จากการย่อยสลาย ganglioside ก็มีหน้าที่ที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการส่งสัญญาณและในการรีไซเคิลองค์ประกอบเพื่อสร้างโมเลกุลของไขมันใหม่.

ภายใน bilayer, gangliosides เกิดขึ้นในระดับใหญ่ในแพลงก์ตอนไขมันที่ sphingolipids ที่ "การส่งสัญญาณโดเมน glyco" เป็นที่ยอมรับซึ่งยังเป็นสื่อกลางระหว่างปฏิสัมพันธ์และการส่งสัญญาณโดยการสร้างความมั่นคงและความสัมพันธ์กับโปรตีน แพดไขมันเหล่านี้ทำหน้าที่สำคัญในระบบภูมิคุ้มกัน.

ในโครงสร้าง

พวกเขาส่งเสริมโครงสร้างและการพับของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่สำคัญอย่างเช่นกรณีของ ganglioside GM1 ในการบำรุงรักษาโครงสร้างขดลวดของโปรตีนα-synuclein ซึ่งรูปแบบผิดปกติเกี่ยวข้องกับโรคพาร์กินสัน พวกเขายังเกี่ยวข้องกับพยาธิสภาพของโรคของ Huntington, Tay-Sachs และ Alzheimer's.

การสังเคราะห์

การสังเคราะห์ glycosphingolipids จะขึ้นกับการขนส่งภายในเซลล์ผ่านการไหลของถุงจาก endoplasmic reticulum (ER) ผ่านอุปกรณ์ Golgi และสิ้นสุดที่พลาสมาเมมเบรน.

กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของโครงกระดูก ceramide ที่ด้านไซโตพลาสซึมของ ER การก่อตัวของ glycosphingolipids เกิดขึ้นภายหลังในอุปกรณ์ Golgi.

เอนไซม์ glycosidases ที่รับผิดชอบในกระบวนการนี้ (glucosyltransferase และ galactosyltransferase) จะถูกพบที่ด้าน cytosolic ของ Golgi complex.

การเติมกรดเซียลิกที่ตกค้างในห่วงโซ่ oligosaccharide ที่เพิ่มขึ้นนั้นถูกเร่งด้วย glycosyltransferases ที่ถูกผูกไว้กับเมมเบรนเพียงไม่กี่ตัว แต่ซึ่งถูก จำกัด ไว้ที่ด้าน luminal ของ Golgi membrane.

หลักฐานต่าง ๆ ชี้ให้เห็นว่าการสังเคราะห์ gangliosides ที่ง่ายที่สุดเกิดขึ้นในบริเวณแรกของระบบเยื่อหุ้ม Golgi ในขณะที่มีความซับซ้อนเกิดขึ้นในภูมิภาค "สาย" อีก.

การควบคุม

การสังเคราะห์มีการควบคุมในตัวอย่างแรกโดยการแสดงออกของ glycosyltransferases แต่เหตุการณ์ epigenetic อาจมีส่วนร่วมเช่น phosphorylation ของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องและอื่น ๆ.

การใช้งาน

นักวิจัยบางคนมุ่งความสนใจไปที่ยูทิลิตี้ของ ganglioside ที่เฉพาะเจาะจง GM1 สารพิษสังเคราะห์โดย V. อหิวาตกโรค ในผู้ป่วยที่เป็นโรคอหิวาต์มันมีหน่วยย่อยที่รับผิดชอบในการรับรู้เฉพาะของ ganglioside นี้ซึ่งจะนำเสนอบนพื้นผิวของเซลล์เมือกของลำไส้.

ดังนั้น GM1 จึงถูกนำมาใช้ในการจดจำเครื่องหมายของพยาธิสภาพนี้เพื่อรวมไว้ในการสังเคราะห์ไลโปโซมที่ใช้สำหรับการวินิจฉัยโรคของอหิวาตกโรค.

แอปพลิเคชันอื่น ๆ รวมถึงการสังเคราะห์ gangliosides ที่เฉพาะเจาะจงและการเชื่อมโยงกับการสนับสนุนที่มั่นคงสำหรับวัตถุประสงค์ในการวินิจฉัยหรือสำหรับการทำให้บริสุทธิ์และการแยกสารประกอบที่พวกเขามีความสัมพันธ์ มันได้รับการพิจารณาแล้วว่าพวกเขาสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายสำหรับมะเร็งบางชนิด.

การอ้างอิง

1. Groux-Degroote, S. , Guérardel, Y. , Julien, S. , & Deannoy, P. (2015) Gangliosides ในมะเร็งเต้านม: มุมมองใหม่. ชีวเคมี (มอสโก), 80(7), 808-819.
2. Ho, J.A. , Wu, L. , Huang, M. , Lin, Y. , Baeumner, A.J. , Durst, R.A. , & York, N. (2007) การประยุกต์ใช้ลิโปโซมที่ไวต่อการกระตุ้น Ganglioside ในระบบภูมิคุ้มกันโรคการฉีดแบบไหลสำหรับการตรวจหาอหิวาตกโรคสารพิษ. ทางทวารหนัก Chem., 79(1), 10795-10799.
3. Kanfer, J. , & Hakomori, S. (1983). ชีวเคมี Sphingolipid. (D. Hanahan, Ed.), คู่มือการวิจัยไขมัน 3 (ฉบับที่ 1) กดปุ่ม Plenum.
4. Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, C.A. , Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , Martin, K. (2003). ชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์ (ฉบับที่ 5) ฟรีแมน W. W. & บริษัท.
5. โอไบรอัน, J. (1981) โรคที่เกิดจากการเก็บรักษา Ganglioside: การทบทวนการปรับปรุง. อิตัล J. Neurol วิทย์., 3, 219-226.
6. Sonnino, S. (2018) gangliosides ใน S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), วิธีการทางอณูชีววิทยา 1804. กด Humana.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. สหรัฐอเมริกา.
8. van Echten, G. , & Sandhoff, K. (1993) เมแทบอลิซึมของ Ganglioside. วารสารเคมีชีวภาพ, 268(8), 5341-5344.